CN102722123B - 一种带语音提示的交流插线板定时控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种带语音提示的交流插线板定时控制器，包括有继电器控制电路、电平转换电路、主控模块电路、数码管驱动和按键管理电路、时钟电路及语音提示电路，继电器控制电路包括继电器、非锁式三刀三掷开关及三孔插座，主控制器通过导线分别与电平转换电路、数码管驱动和按键管理电路、语音提示电路、时钟电路连接，电平转换电路与继电器控制电路连接，继电器控制电路内的继电器通过导线与非锁式三刀三掷开关连接，非锁式三刀三掷开关通过导线与三孔插座连接，该定时控制器提供了直观的语音提示功能及SD卡形式的提示语音个性化配置功能，通过按键触发工作方式使定时控制器与交流插线板连接时，其非工作状态不消耗交流电能，进一步节约电能。

Description

一种带语音提示的交流插线板定时控制器

技术领域

本发明属于电气控制设备技术领域，涉及一种用于插线板的定时控制器，具体涉及一种带语音提示的交流插线板定时控制器。

背景技术

随着人们生活水平的提高，所使用的家用电器种类也越来越多，这就会造成家庭日常用电量大幅提升，从而加剧了用电紧张的矛盾。另一方面，我国大部分地区还主要是通过电煤燃烧方式发电，居民用电量的持续增长也加大了对燃煤的大量需求，而燃煤燃烧产生的废气又加剧了环境污染。因此，节约用电，保护环境势在必行，同时也已深入人心。为此，电器厂家纷纷淘汰众多老式的耗电量大的电器，通过技术革新推出大量创意节能型电器，这就大大降低了日常家用电器的用电量。

在日常生活中，人们为了生活方便，经常会将空调、微波炉等大功率电器的电源始终同电源插座相连，有时候会存在使用电视、浴霸等电器后忘记即时关闭电源的情况，这些情况都不可避免的会造成电能的大量浪费。另外，当人们给手机、笔记本电脑等携带电池的电器进行充电时，经常不会在这些电器充电完成后立即切断电源，在造成电能浪费的同时，也使得这些电器的电池充电效率下降，甚至了缩短电池的使用寿命。

目前，市场上的通用型插线板的定时控制器主要分为机械型计时定时控制器和电子型计时定时控制器两大类。现有的定时控制器一般都具有定时输入功能、通断电时间设置记忆功能、自动通断电功能，但是鲜见语音提示功能，用户难以采用最直观的语音方式及时了解定时控制器的工作状态同，而且定时控制器在与交流插线板始终保持连接时，虽其没有处于工作状态，但仍需消耗交流电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种带语音提示的交流插线板定时控制器，不仅实现了通过语音提示方式使用户及时的了解定时控制器工作状态，提示语音可个性化设置，而且定时控制器在与交流插线板保持连接时非工作状态不消耗交流电能。

本发明所采用的技术方案是，包括有继电器控制电路、电平转换电路、主控模块电路、数码管驱动和按键管理电路、时钟电路以及语音提示电路，主控模块电路采用8位高速增强型单片机C8051F340作为主控制器，主控制器电路通过导线分别与电平转换电路、数码管驱动和按键管理电路、语音提示电路、时钟电路连接，电平转换电路通过导线与继电器控制电路连接；

继电器控制电路内设置有220V交流继电器，220V交流继电器通过导线依次与非锁式三刀三掷开关、三孔插座连接，220V交流继电器还通过导线与一个三极管Q1、C8051F340单片机的P0.0端口连接；

电平转换电路包括有通过导线依次连接的变压器、桥式整流器、电容器、LM7805电压转换芯片、发光二极管、ASM117-3.3V电压转换芯片以及SM111-ADJ电压转换芯片；

数码管驱动和按键管理电路包括有ZLG7290芯片，ZLG7290芯片通过导线与数码显示管连接，ZLG7290芯片还通过导线与按键控制模块连接，主控模块电路通过导线与数码管驱动和按键管理电路内的ZLG7290芯片连接，数码显示管为4位数码显示管，所述按键控制模块上设置有5个按键；

时钟电路包括有时钟芯片，时钟芯片与5V的纽扣电池连接，主控模块电路通过导线与时钟芯片连接，时钟电路内的时钟芯片为DS1302时钟芯片，时钟芯片与单片机C8051F340之间采用同步串行的方式进行通信；

语音提示电路包括有MP3音频解码电路、SD卡电路以及音响电源控制电路，主控模块通过导线分别与MP3音频解码电路、SD卡电路连接，MP3音频解码电路还通过导线与音响电源控制电路为音响供电；

MP3音频解码电路采用VS1003芯片；VS1003芯片是一个单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器，MP3音频解码电路通过3根SPI总线和4根控制线与单片机C8051F340连接。

本发明的有益效果是，

1)采用C8051F340低功耗处理器作为本系统的主控芯片，无需扩展外部掉电非易失性存储器，直接利用处理器片上外设FLASH存储用户输入的配置定时时间参数；

2)通过MP3语音解码电路与SD卡存储电路及相应处理器程序，实现定时控制器工作状态的MP3语音实时播报，同时还提供了提示语音的个性化配置功能；

3)通过特殊的按键触发工作方式，使得定时控制器在与交流插线板始终保持连接时，其非工作状态不消耗交流电能，从而进一步实现节约电能。

附图说明

图1是本发明总体结构图；

图2是本发明继电器控制电路原理图；

图3是本发明电平转换电路原理图；

图4是本发明数码管显示和按键扫描管理电路原理图；

图5是本发明时钟电路原理图；

图6是本发明语音提示电路原理图；

图7是本发明C8051F340处理器程序流程图；

图中，1.继电器控制电路，2.电平转换电路，3.主控模块电路，4.数码管驱动和按键管理电路，5.时钟电路，6.语音提示电路，7.非锁式三刀三掷开关，8.三孔插座，9.220V交流继电器，10.变压器，11.桥式整流器，12.电容器，13.LM7805电压转换芯片，14.发光二级管，15.ASM117-3.3V电压转换芯片，16.ASM117-ADJ电压转换芯片，17.ZLG7290芯片，18.位数码管，19.按键控制模块，20.时钟芯片，21.5V纽扣电池，22.SD卡电路，23.MP3解码芯片电路，24.音响电源控制电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种带语音提示的交流插线板定时控制器，如图1所示，包括有继电器控制电路1、电平转换电路2、主控模块电路3、数码管驱动和按键管理电路4、时钟电路5以及语音提示电路6，继电器控制电路1包括有交流继电器9、非锁式三刀三掷开关7以及三孔插座8，主控制器电路3通过导线分别与电平转换电路2、数码管驱动和按键管理电路4、语音提示电路6、时钟电路5连接，电平转换电路2通过导线与继电器控制电路1连接，如图2所示，继电器控制电路1内的220V交流继电器9通过导线依次与非锁式三刀三掷开关7、三孔插座8连接，

如图3所示，电平转换电路2包括有通过导线依次连接的变压器10、桥式整流器11、电容器12、LM7805电压转换芯片13、发光二极管14、ASM117-3.3V电压转换芯片15以及SM111-ADJ电压转换芯片16，

如图4所示，数码管驱动和按键管理电路4包括有ZLG7290芯片17，ZLG7290芯片17通过导线与数码显示管18连接，ZLG7290芯片17还通过导线与按键控制模块19连接，主控模块电路3通过导线与数码管驱动和按键管理电路4内的ZLG7290芯片17连接，

结构如图5所示，时钟电路5包括有时钟芯片20，时钟芯片20与5V纽扣电池21连接，主控模块电路3通过导线与时钟芯片20连接，

如图6所示，语音提示电路6包括有MP3音频解码电路22、SD卡电路23以及音响电源控制电路24，主控模块3通过导线分别与MP3音频解码电路22、SD卡电路23连接，MP3音频解码电路22还通过导线与音响电源控制电路24为音响供电。

如图2所示，继电器控制电路1内设的220V交流继电器9用于控制插线板220V交流电源的通断，与220V交流继电器9相连处的一个非锁式三刀三掷开关7是系统电源的手动启动开关，与其相连的是一个三孔插座8，它用于给家用电器提供供电插座。220V交流继电器9通过单片机的P0.0口控制和一个三极管配合驱动220V交流继电器9。当单片机给P0.0口置高电平时，三极管工作于放大区，集电极和发射极导通，加在220V交流继电器9线圈两端的电压值就会超过触点切换电压5V，继电器动作常开端接外部220V交流电同时为系统供电；当定时结束时，单片机的P0.0口被置低电平，三极管工作于截至区，220V交流继电器9线圈两端的电压小于触点切换电压，线圈产生的磁力消失，在弹簧的反作用力下，衔铁返回常闭触点。

电平转换电路2的结构，如图3所示，220V的交流电通过变压器10降为9V交流电，通过桥式整流器11后变为直流电，通过电容器12和电阻对直流电进行滤波，此时电压大约为12V；LM7805电压转换芯片13把滤波之后的电压转换成+5V，电阻和发光二极管14为+5V电压指示电路，ASM117-3.3V电压转换芯15把滤波后的电压转换成+3.3V，SM111-ADJ电压转换芯16把滤波之后的电压转换成+2.5V。

电平转换电路2用于将220V交流电转换为多种直流电平，从而为定时控制器以及其它模块供电，如为主控模块电路3的单片机芯片、语音提示电路6中的SD卡电路20、MP3解码芯片电路19提供+3.3V直流电压，为数码管驱动和按键管理电路4、时钟电路5、语音提示电路6中的音响电源控制电路21、继电器控制电路1内的220V交流继电器9的驱动等提供+5V直流电压，以及为MP3解码芯片电路19提供+2.5V直流电压。

主控模块电路3用于控制整个系统的正常运行，该模块采用8位高速增强型单片机C8051F340作为主控制器，该单片机与8051内核可以无缝兼容，最突出的特点是高达48MIP/S指令执行速度，程序存储器包含8KB的FLASH，其性能优良价格便宜。

数码管驱动和按键管理电路4用于显示与设置定时时间，该模块的主芯片选用ZLG7290数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片17。结构如图4所示，其中ZLG7290数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片17用于数码管显示驱动及键盘扫描管理，数码显示管18为4位数码显示管用于显示小时和分钟，按键控制模块19包括有5个按键，分别为：按键1，时间‘+’；按键2，时间‘-’；按键3，4个LED循环切换键(按下此键默认为在第一位LED的加减设置模式，再按下此键为第二位LED的加减设置模式，依次循环)；按键4，定时时间记忆键(如定时3小时是您经常需要设置的定时时间，当设置好定时时间3小时后，按下记忆键，下次开机后只需按下确定键就自行定时3小时)；按键5，确定键。

时钟电路5用于为系统提供实时的小时和分钟的信息，本系统的时钟芯片选取涓流充电DS1302时钟芯片20，DS1302时钟芯片20能为系统提供实时准确的时间信息，极大地减少了软件编程的工作量。结构如图5所示，其中DS1302时钟芯片20连有5V纽扣电池21作备用电源，以保证定时时间到系统断电后还能正常显示时间。DS1302时钟芯片20与单片机之间采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线RES、复位I/O、数据线SCLK，串行时钟时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信，DS1302时钟芯片20工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW，这就能保证定时完系统断电后，5V纽扣电池21能较长时间的为芯片供电。

语音提示电路6用于提醒用户插座是否通电以及定时时间是否已到等信息。MP3解码电路21采用VS1003芯片，是一个单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器。如图6所示，MP3音频解码电路21对单片机从SD卡电路22中读取的MP3格式的音频数据进行解码，解码后的数据以模拟信号形式输出并通过外部扬声器播放。单片机与MP3解码电路21的连接包括3根SPI总线和4根控制线，SCLK、MISO和MOSI是标准的3线SPI总线，XCS、XDCS、DREQ和XRESET是4条控制线。但是，MP3解码电路21的解码芯片VS1003芯片通过3根SPI总线进行数据通信和命令传输，MOSI为主入从出引脚，用于主器件向从器件发送命令或数据，MOSI为从出主入引脚，用于从器件向主器件发送命令或数据，SCLK为串行时钟信号，用于同步MISO和MOSI线上的数据传输，但该时钟信号只有主控制器向从器件发送。当数据请求DREQ为高电平且片选信号XCS为低电平时，对VS1003芯片进行初始化、音量控制和播放时间等功能寄存器的写数据才有效。当单片机向解码芯片VS1003写入数据时，打开数据片选XDCS为低电平且数据请求DREQ为高电平才能进行。其中，音响电源控制电路23为音响供电，此外，在SCLK、MISO、MOSI和DREQ线上加10K的上拉电阻，在XRESET线上加100K的下拉电阻，为了减小数字地对模拟地造成很大的干扰，电路中的模拟地AGND和数字地DGND通过0欧姆的电阻单点连接。

本发明主控制模块的C8051F340单片机的程序流程，如图7所示，其中，定时情况1～定时情况5分别是，包括按键输入定时、系统默认的定时和常用的记忆保存的定时：(1)当系统开启五分钟内，若没有用按键设置定时时间或设置了定时时间但没有按确定键，则系统默认设置定时时间为1小时；(2)若设置了定时时间且按了确定键，则按照设置的时间定时；(3)若定时时间设置成功，按了下记忆键后30秒内按了确定键，则系统将此次设置的时间保存起来；(4)若系统开启5分钟内，先后按下记忆键和确定键，则按照上一次存储记忆的时间定时；(5)若在按系统默认的一小时时间定时内重新设置了定时时间，则系统再按重新设置的时间定时。

时间显示功能，包括4位LED用于显示小时分钟和五个按键用于设置显示的时间，其中切换键用于依次循环切换第一位至第四位的设置显示，此时切换到哪一位，按下‘+’或‘—’键则该为的显示的数字加减。在没有在用按键设置时间的状态下，显示的是正常的实时时钟。

语音报警功能，包括系统正常开启时，C8051F340单片机会从SD卡中读取相应的开机提示语音数据通过VS1003解码给音响播放，持续时间10秒钟；定时时间到前30秒C8051F340会从SD卡中读取相应的定时结束提示语音数据通过VS1003解码给音响播放，持续时间20秒钟。

按键触发工作方式，使得定时控制器在与交流插线板始终保持连接时，其非工作状态不消耗交流电能，从而进一步实现节约电能。

本发明通过对传统电子定时控制器的改进，不仅使得本发明的定时控制器具有传统插线板交流定时控制器的常用功能即：能接收并显示用户设定的交流电器通断电时间，能记忆用户通断电时间设置，能自动控制交流电通断，，而且还提供了直观的语音提示功能，从而为用户直接并及时的了解定时控制器工作状态提供了便利；还提供了SD卡形式的提示语音个性化配置功能，从而方便用户灵活的个性化设置定时控制器的提示语音；另外，通过特殊的按键触发工作方式，使得定时控制器即使在与交流插线板始终保持连接时，其非工作状态不消耗交流电能，从而进一步实现节约电能。

Claims (1)

1.一种带语音提示的交流插线板定时控制器，其特征在于，包括有继电器控制电路(1)、电平转换电路(2)、主控模块电路(3)、数码管驱动和按键管理电路(4)、时钟电路(5)以及语音提示电路(6)，所述的主控模块电路(3)采用8位高速增强型单片机C8051F340作为主控制器，所述主控制器电路(3)通过导线分别与电平转换电路(2)、所述数码管驱动和按键管理电路(4)、语音提示电路(6)、时钟电路(5)连接，所述电平转换电路(2)通过导线与继电器控制电路(1)连接，

所述继电器控制电路(1)包括有220V交流继电器(9)、非锁式三刀三掷开关(7)及三孔插座(8)，所述220V交流继电器(9)通过导线依次与所述非锁式三刀三掷开关(7)、三孔插座(8)连接，所述220V交流继电器(9)还通过导线与一个三极管Q1、C8051F340单片机的P0.0端口连接；

所述电平转换电路(2)包括有通过导线依次连接的变压器(10)、桥式整流器(11)、电容器(12)、LM7805电压转换芯片(13)、发光二极管(14)、ASM117-3.3V电压转换芯片(15)以及SM111-ADJ电压转换芯片(16)，

所述数码管驱动和按键管理电路(4)包括有ZLG7290芯片(17)，ZLG7290芯片(17)通过导线与数码显示管(18)连接，ZLG7290芯片(17)还通过导线与按键控制模块(19)连接，所述主控模块电路(3)通过导线与数码管驱动和按键管理电路(4)内的ZLG7290芯片(17)连接，所述数码显示管(18)为4位数码显示管，所述按键控制模块(19)上设置有5个按键；

所述时钟电路(5)包括有时钟芯片(20)，时钟芯片(20)与5V的纽扣电池(21)连接，所述主控模块电路(3)通过导线与时钟芯片(20)连接，所述的时钟电路(5)内的时钟芯片(20)为DS1302时钟芯片，所述时钟芯片(20)与单片机C8051F340之间采用同步串行的方式进行通信；

所述语音提示电路(6)包括有MP3音频解码电路(22)、SD卡电路(23)以及音响电源控制电路(24)，主控模块(3)通过导线分别与MP3音频解码电路(22)、SD卡电路(23)连接，MP3音频解码电路(22)还通过导线与音响电源控制电路(24)为音响供电；

所述MP3音频解码电路(21)采用VS1003芯片；所述VS1003芯片是一个单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器，所述MP3音频解码电路(21)通过3根SPI总线和4根控制线与单片机C8051F340连接。